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骨细胞网络中力致钙信号响应与传递的理论模型与数值分析
霍波; 郭向东; 龙勉
Source Publication中国力学学会学术大会'2009论文摘要集.中国力学学会,2009,p.313
2009-08-24
Pages313
Conference Name中国力学学会学术大会'2009
Conference Date2009-08-24
Conference Place中国河南郑州
Abstract骨组织内主要有三种细胞,骨细胞位于胞外矿物质沉积形成的骨陷窝内,成骨细胞与破骨细胞位于骨小梁的表面。骨细胞与成骨细胞都可通过间隙连接形成网络结构1。大多数学者认为骨细胞网络可探测力学信号,进而传递到成骨与破骨细胞并最终调控骨的生长与吸收。骨内钙信号的响应和传递与细胞的增殖、凋亡和分化密切相关2,同时大量研究也表明力学刺激精确控制着钙信号传导的时间和空间特性3。胞浆内力致钙离子的增加主要来自细胞内质网和胞外溶液;同时细胞间钙传递主要有两个途径,即间隙连接和胞外ATP扩散。作者们在以前的研究中利用自组装分子单层技术成功建立了骨细胞的功能化网络,进而在流体剪切作用下发现胞浆钙可多次响应,亦即其钙浓度变化曲线有明显的多峰现象4;利用原子力显微镜的针尖对单细胞动态加载后发现受力刺激的细胞只响应一次并在其周围细胞有钙传递现象的发生;应用不同化学试剂阻断间隙连接或ATP路径发现胞外ATP的扩散对力致钙信号在细胞间的传递更为关键。为了更清晰地解释我们此前的实验数据,在前人的工作基础5之上建立了细胞网络内力致钙信号响应与传递的理论模型。该模型主要包含三个方面的内容:1)力学刺激(应变)可引起胞浆内钙的实时响应,响应规律利用分段线性的S形剂量-反应关系来描述;2)接受力学刺激的细胞在产生自身响应的同时会将信号传递到其相邻细胞,细胞间信号传递需要一定的时间,而传递过程也可用分段线性的S形剂量-反应关系来描述;3)细胞处于静止状态(细胞未受外界刺激且来自周围细胞的信号传递小于特定阈值)时胞浆中的钙离子将回到胞内钙源(或胞外钙源)中,从而使钙源得以恢复,而当一个细胞未处于静态时,钙源释放钙离子至胞浆中,而胞浆中钙离子的增加等于直接力学刺激引起的钙响应与来自周围细胞的钙传递的总和。同时,在模型中还考虑了细胞钙响应的个体差异,即假设细胞钙响应的阈值服从正态分布。基于该理论模型,利用数值计算方法分析了多种条件(力学刺激的方式与大小、钙源恢复速度、ATP释放时间和扩散速度、细胞响应与传递的随机性等)下细胞网络中钙响应和传递的定量规律。数值分析结果显示,该理论模型可以很好地描述此前所发现的流体剪切作用下骨细胞网络内胞浆钙响应的多峰现象以及单细胞受力学刺激后的钙响应单峰以及在周围细胞内的钙传递现象。
Keyword钙响应 钙传递 骨细胞网络 力学刺激
Language中文
Document Type会议论文
Identifierhttp://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/43193
Collection国家微重力实验室
Corresponding Author霍波
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GB/T 7714
霍波,郭向东,龙勉. 骨细胞网络中力致钙信号响应与传递的理论模型与数值分析[C]中国力学学会学术大会'2009论文摘要集.中国力学学会,2009,p.313,2009:313.
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